浅谈显微镜——物镜的球差与色差

上期我们聊到物镜的数值孔径，了解到数值孔径的大小直接影响最终获取的图像分辨率，为物镜的重要参数。然而，在物镜上我还会看到一些简写，如下图所示：

那么，这些英文简写表示什么意思呢？

可以看到，上图物镜上游两个简写：N、PLAN。分别表示色差矫正和球差矫正的等级。有些小伙伴就会问道，什么是色差，什么是球差？

自然光或LED光源发出的光线都是白光，白光由不同波长的光组合而成，不同的波长呈现不同的颜色，穿过透镜的折射率也不相同，如上图所示：一束白光从w点发出斜射至一块凸透镜中，不同波长的光折射率不同从而分散开来，从而不同颜色的光落在不同的位置。这只是一个点光源就出现这种效果，如果在显微镜成像中，复杂的颜色分布，多种颜色的组合，如果颜色依旧如此乱的呈现在视野中，我们可能都认不出所观察的图像是什么了。

下图为一张白纸在体视镜下观察的效果，左边为无色彩矫正的图像，右边为色彩校正后的图像。明显可以看出，白纸的网格状结构未进行色差校正后的像有红色的彩边，产生色差，而色彩校正后就可以还原图像的本质。那么色彩校正是如何实现的？

在凸透镜的两侧添加一些校正透镜（如下图），形成透镜组，不同波长的光通过透镜组后改变行程方向，还原初始位置，从而完成色差校正。然而，不同波长的光校正难度有差异，从而物镜的档次有消色差、半复消色差、复消色差等多个等级，可校正颜色越多的物镜等级越高。

说完色差校正，凸透镜还有球差需要进行矫正。所谓球差，同一个平面的物体通过透镜后，呈现的像不在同一平面上。如下图所示：凸透镜左侧红、黄两点在同一个平面上，通过透镜折射后，在凸透镜右侧成像却不在同一平面。

在实际的观察中表现的效果为：同一个视野中间是可以清晰可见的，而四周呈现的图像为模糊的，这样的图像给使用者带来的观察效果和感受会很差，无法一次性分析和观察全视野的图像。

球差的矫正技术目前在物镜中较为基础，市场上几乎所有的物镜都具有矫正球差的功能（物镜上会有PLAN或PL的标记），从而在选择物镜的过程中不用担心球差问题。

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